用于控制控制系统内的液压机构的方法

摘要

本发明涉及一种用于在将液压机构用作泵时控制控制系统内的液压机构(204)的方法，其中，电动机构(202)以驱动方式连接至液压机构(204)，所述方法包括如下步骤：检测至少一个运行参数；基于检测到的运行参数，确定是否限制由液压机构(204)提供的压力；以及相应地控制电动机构(202)。

权利要求

1.一种用于在将液压机构作为泵使用时控制控制系统内的液压机构(204)的方法，其中，电动机构(202)以驱动方式连接至液压机构(204)，所述方法包括如下步骤：检测至少一个运行参数；基于检测到的运行参数，确定是否限制由液压机构(204)提供的压力；以及相应地控制电动机构(202)。

2.如权利要求1所述的方法，包括如下步骤：基于检测到的运行参数的水平确定所述压力的水平；将确定的压力水平与预定的最大水平相比较；以及控制液压机构(202)，使得提供的压力小于预定的最大水平。

3.如权利要求1所述的方法，包括如下步骤：基于电动机构的扭矩和液压机构(204)的排量，确定电动机构(202)输出的扭矩；以及相应地控制电动机构(202)。

4.如权利要求2所述的方法，包括如下步骤：基于电动机构的扭矩和液压机构(204)的排量，确定电动机构(202)输出的扭矩；以及相应地控制电动机构(202)。

5.如权利要求3所述的方法，包括如下步骤：以与液压机构(204)的效率相对应的方式还控制电动机构(202)。

6.如权利要求4所述的方法，包括如下步骤：以与液压机构(204)的效率相对应的方式还控制电动机构(202)。

7.如权利要求3至6任何一项所述的方法，包括如下步骤：检测电动机构的扭矩。

8.如权利要求3至6任何一项所述的方法，包括如下步骤：使用电动机构的扭矩的不同预定值。

9.如权利要求1至6任何一项所述的方法，包括如下步骤：检测与液压机构(204)相关的液压；以及相应地控制电动机构(202)。

10.如权利要求1至6任何一项所述的方法，其中控制系统设置在工程机械内，用于控制工具。

11.如权利要求10所述的方法，包括如下步骤：检测表征所述工程机械的铲斗(107)的位置的参数；以及相应地控制电动机构(202)。

12.如权利要求10所述的方法，包括如下步骤：检测表征除了液压机构被设置成提供压力的功能以外的其他不同功能的参数；以及相应地控制电动机构(202)。

13.如权利要求11所述的方法，包括如下步骤：检测表征除了液压机构被设置成提供压力的功能以外的其他不同功能的参数；以及相应地控制电动机构(202)。

14.如权利要求10所述的方法，包括如下步骤：检测工程机械的速度；以及相应地控制电动机构(202)。

15.如权利要求10所述的方法，包括如下步骤：与工程机械当前正在执行的作业相对应地控制电动机构(202)。

16.如权利要求10所述的方法，包括如下步骤：与设置在工程机械上的工具的类型相对应地控制电动机构(202)。

17.如权利要求10所述的方法，包括如下步骤：检测由驾驶员选择的模式；以及相应地控制电动机构(202)。

18.如权利要求1至6任何一项所述的方法，其中液压机构(204)向液压执行机构(104，105，108，109，110)提供加压流体。

说明书

用于控制控制系统内的液压机构的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于在将液压机构用作泵时控制控制系统内的液压机构的方法，其中，电动机构以驱动方式连接至液压机构。特别地，本发明涉及一种用于限制工程机械的液压系统内的泵压力的方法。

背景技术

[0002] 本发明将参照具体形式为轮式装载机的工程机械进行描述。这是本发明优选但非限制性的应用场合。本发明还可以用于其他类型的工程机械(或工程车辆)，比如挖掘装载机(反铲装载机)和挖掘机械。

[0003] 下面将在一个控制系统内描述本发明，所述控制系统包括液压机构，所述液压机构起到泵和马达的作用。液压机构以驱动方式连接至电动机构，所述电动机构起到电动机和发电机的作用。这类控制系统只是作为本发明的一个实例，并不限制本发明的范围。

[0004] 因此，在第一工作状态，液压机构起到泵的作用，并且提供加压流体至液压缸。在第二工作状态，液压机构还起到液压马达的作用，并且其由来自液压缸的液压流体驱动。因此，电动机构在第一工作状态起到电动机的作用，在第二工作状态起到发电机的作用。

[0005] 第一工作状态对应于利用液压缸执行的作业操作，比如提升或倾斜。因此，液压流体被引导至液压缸，用于实现液压缸活塞的运动。另一方面，第二工作状态是能量回收状态。

[0006] 根据以前公知的泵，在泵内存在调节器，所述调节器提供限压功能，以致在存在过高的压力时减小泵的排量。

发明内容

[0007] 本发明的第一个目的是提供一种控制方法，其在工作期间为泵提供有效的保护。

[0008] 通过根据权利要求1所述的控制系统来实现此目的。因此，利用一种用于在将液压机构用作泵时控制控制系统内的液压机构的方法实现所述目的，其中，电动机构以驱动方式连接至液压机构，所述方法包括如下步骤：检测至少一个运行参数；基于检测到的运行参数，确定是否限制由液压机构提供的压力；以及相应地控制电动机构。

[0009] 通过此方法，获得限压功能。因此，可以省去结合在传统泵内的限压功能，并且因此能够使用更简单/更便宜的泵作为液压机构。

[0010] 根据一个优选实施例，所述方法包括如下步骤：基于电动机构的扭矩和液压机构的排量，确定电动机构输出的扭矩；以及相应地控制电动机构。优选地，还以与液压机构的效率相对应的方式控制电动机构。基于所述输入数据适当地计算电动机构输出的扭矩。

[0011] 根据上述方法的优选实施例，检测电动机构的扭矩。根据另一个实例，优选地取决于当前的作业功能，使用电动机构的扭矩的各种预定值。

[0012] 其他从属权利要求及下面的描述揭示了本发明的其他优选实施例和发明效果。

附图说明

[0013] 本申请将参照附图中所示出的实施例对本发明进行详细描述，其中：

[0014] 图1示出了轮式装载机的侧视图。

[0015] 图2示出了用于控制轮式装载机的作业功能的控制系统的实施例，[0016] 图3示意性地示出了用于液压机构的压力限制的控制系统。

具体实施方式

[0017] 图1示出了轮式装载机101的侧视图。轮式装载机101包括车辆前部102和车辆后部103，所述车辆前部102和车辆后部103都包括车架和一对驱动轴112、113。车辆后部103包括驾驶室114。车辆的前、后部102、103以这样的方式相互连接在一起，即，通过两个液压缸104、105，它们可以绕着竖直轴线相对于对方枢转，所述两个液压缸104、105连接至车辆的前、后部102、103。因此，液压缸104、105设置在车辆纵向中心线的不同侧，用于使轮式装载机101转向或转弯。

[0018] 轮式装载机101包括用于处理目标物或材料的装置111。装置111包括提升臂装置106和具体形式为铲斗的工具107，所述铲斗安装在提升臂装置上。此处，铲斗107装满材料116。提升臂装置106的第一端可旋转地连接至车辆前部102，用于形成铲斗的提升运动。铲斗107可旋转地连接至提升臂装置106的第二端，用于形成铲斗的倾斜运动。

[0019] 通过两个液压缸108、109，提升臂装置106可以相对于车辆前部102升高及降低，所述各液压缸108、109在一端连接车辆前部102，在另一端连接提升臂装置106。通过第三液压缸110，铲斗107可以相对于提升臂装置106倾斜，所述液压缸110在一端连接至车辆前部102，在另一端通过连杆臂系统连接至铲斗107。

[0020] 图2示出了用于执行提升臂106的提升和下降的控制系统201的第一实施例，参见图1。因此，图2中的液压缸108相当于提升缸108、109(虽然在图2中只出示了一个液压缸)。然而，控制系统的实施例应当还能够用于通过倾斜液压缸110使铲斗107倾斜。

[0021] 控制系统201包括电动机构202、液压机构204和提升缸108。电动机构202通过中间传动轴206以可机械驱动的方式连接至液压机构204。液压缸108通过第一管路210连接至液压缸108的活塞侧208，通过第二管路214连接至液压缸108的活塞杆侧212。

[0022] 在第一工作状态，液压机构204被设置成起到泵的作用，其由电动机构202驱动并且向液压缸108提供来自油箱216的加压流体；在第二工作状态，液压机构204被设置成起到马达的作用，由来自液压缸108的液压流体驱动并且驱动电动机构202。

[0023] 在第一工作状态，液压机构204适合于控制液压缸108的活塞218的速度。因此，对于所述控制来说，在液压机构和液压缸之间无需控制阀。更确切地说，控制系统201包括控制单元302，参见图3，其电气连接至电动机构202，以便在第一工作状态通过控制电动机构来控制液压缸108的活塞的速度。

[0024] 液压机构204具有第一端口220和第二端口222，所述第一端口220通过第一管路210连接至液压缸的活塞侧208，所述第二端口222通过第二管路214连接至液压缸的活塞杆侧212。此外，液压机构204的第二端口222还连接至油箱216，以便允许液压机构在第一工作状态通过第二端口222从油箱216抽取油并通过第一端口220将油提供至液压缸108。

[0025] 控制系统201包括用于控制压力的装置224，所述压力装置224设置在液压机构204的第二端口222和油箱216之间的管路226上，以便允许活塞杆侧212的压力增大(build-up)。更确切地说，压力控制装置224包括电控限压阀。

[0026] 控制系统201还包括用于检测液压缸108的活塞侧208的压力的传感器228。

[0027] 液压机构204的第一端口220通过第一吸入管路230连接至油箱216。具体形式为单向阀的装置232适合于允许从油箱中吸取液压流体并阻止液压流体通过吸入管路230流向油箱。

[0028] 液压机构204的第二端口222通过第二吸入管路234连接至油箱216。具体形式为单向阀的装置236适合于允许从油箱中吸取液压流体并阻止液压流体通过吸入管路234流向油箱。

[0029] 用于开启/关闭的装置237设置在位于液压机构204的第二端口222和液压缸108的活塞杆端212之间的第二管路214上。此装置237包括一个二位电控阀。在第一位置，管路214开启可以双向流通。在第二位置，阀具有单向阀功能，只允许流体在朝向液压缸108的方向上流动。在提升运动期间，电控阀237打开，电动机构202的转速确定液压缸
108的活塞218的速度。液压流体通过第二吸入管路234从油箱216中抽取，并且通过第一管路210被泵送至液压缸108的活塞侧208。

[0030] 附加管路242连接液压机构204的第二端口222和油箱216。

[0031] 用于开启/关闭的装置243设置在位于液压机构204的第一端口220和液压缸108的活塞端208之间的第一管路210上。此装置243包括一个二位电控阀。在第一位置，管路210开启，可以双向流通。在第二位置，阀具有单向阀功能，只允许流体在朝向液压缸
108的方向上流动。

[0032] 如果在下降运动期间铲斗107应当突然停止(如果铲斗撞击地面将可能发生这种情况)，那么液压机构204将没有时间来停止。在此状态，液压流体可能通过吸入管路230从油箱216中抽取出来，并且通过附加管路242。

[0033] 电控阀237、243起着负载保持阀的作用。当承载有负载时它们关闭，以便不消耗电能，同时还防止当驱动源关闭时负载跌落。根据可选的方案，省去了位于活塞杆侧212的阀237。然而，保留阀237是有利的，因为外力可能升高提升臂106。

[0034] 过滤装置238和热交换器240布置在液压机构204的第二端口222和油箱216之间的附加管路242上。当提升功能处于不作用位置时，由于液压机构204驱动来自油箱216的循环液流首先通过第一吸入管路230然后通过附加管路242，可以获得附加的过滤及加热液流。因此，在到达油箱之前，液压流体通过热交换器240和过滤装置238。

[0035] 通过在液压流体以上述方式的被泵送至油箱的同时提高电控压力限制器224的压力，还存在液压流体的辅助加热的其他可能性。当然，当使用提升功能时也可以这样。

[0036] 此外，电控压力限制器224可以被用作支持阀(back-up valve)，用于当执行下降操作时使活塞杆侧212再次装油。背压可以根据需要改变，并且可以尽可能地保持低，这样节能。油越热，背压可以越低；下降的速率越慢，背压可以越低。当存在过滤的液流时，背压可以为零。

[0037] 第一限压阀245设置在将液压机构204的第一端口220连接至油箱216的管路上。第二限压阀247设置在将液压缸108的活塞侧208连接至油箱216的管路上。两个限压阀
245、247连接至位于液压机构204和液压缸108的活塞侧208之间的第一管路210，位于阀
243的不同侧。两个限压阀245、247，其也被称为震动阀(shock valve)，它们由弹簧加载，并且被调节成在不同的压力下开启。根据实例，第一限压阀245被调节成在270bar的压力下开启，第二限压阀247被调节成在380bar的压力下开启。

[0038] 当工程机械101被驱动朝向一堆砂砾或石头和/或当工具提升/下降/倾斜时，铲斗的运动可能受到障碍物的限制。然后，限压阀245、247保证压力不会增加到对系统有害的水平。

[0039] 根据第一实例，铲斗107处于不动作的位置，即其相对于车辆前部102的车架来说保持固定。当轮式装载机101被驱动朝向一堆石头时，在压力为380bar时第二压力限制器247开启。

[0040] 在下降期间，位于液压机构204和液压缸108的活塞侧208之间的第一管路210上的阀243开启。当提升臂106降低时，在压力为270bar时第一压力限制器245开启.如果在动力减少的下降操作期间外力应使负载臂106向上运动，那么位于液压机构204的第二端口222和油箱216之间的管路226上的压力限制器224开启。

[0041] 根据限压阀245、247被调节成在预定压力下开启的方案的替代方案，限压阀可以被设计具有可变的开启压力。根据一种变型，限压阀245、247是电控限压阀。如果采用电控，那么，一个阀247就足以满足震动功能。取决于阀243是否开启或关闭对阀247进行控制。取决于激活或未激活提升/下降功能以及取决于缸的位置，可以调节开启压力。

[0042] 控制方法的第一实施例包括如下步骤：检测运行参数并产生相应的参数信号；基于检测到的运行参数的水平确定所述压力的水平；将确定的压力水平与预定最大水平相比较；控制液压机构使得提供的压力小于预定最大水平。更具体地说，控制单元(计算机)接收所产生的参数信号并进行处理，其后，控制信号被发送至电动机构，所述电动机构以驱动方式连接至液压机构，如果确定的压力水平超过预定的最大水平，那么降低电动机构提供的扭矩。

[0043] 优选的实施例包括如下步骤：基于电动机构内的扭矩和液压机构的排量，确定电动机构输出的扭矩；以及相应地控制电动机构。优选地，还以与液压机构的效率相对应的方式控制电动机构。

[0044] 根据检测电动机构的扭矩的替代方案，可以检测与液压机构204相关的管路210内的液压流体的压力，并且将检测到的压力水平与预定的最大水平相比较。例如，通过压力传感器228检测压力。

[0045] 根据另一个可选方案，检测表征工具107的位置的参数，并且相应地控制电动机构202。例如，通过线性传感器检测提升缸内的活塞杆的位置，或者通过角度传感器检测装载臂的角位置。根据可选的方案或附加的方案，例如，通过倾斜液压缸内的活塞杆的位置或通过角度传感器来检测工具的位置。优选地，反复地、适当地基本上连续地检测位置参数，并且相应地控制电动机构。因此，取决于工具的位置，最大泵压力改变。

[0046] 根据另一个可选方案，检测工程机械的速度、工程机械当前正在执行的作业内容、设置在工程机械上的工具的类型和/或驾驶员选择的模式，并且相应地控制电动机构。此处，″当前执行的作业″是指正进行的作业，比如处理/运输碎石、砂砾、粗石、木材、托盘，清理积雪，等等。″工具类型″此处意味着不同类型的工具，比如铲斗、集装箱装运叉、木材抓取臂等等。例如，可以自动地检测工具类型，或者是由驾驶员手动地选定。当前执行的作业可以在机械操作期间自动地确定，也可以由驾驶员手动地选定。因此，模式意味着当前执行的作业或工具类型。

[0047] 根据另一个可选方案，检测表征除了液压机构被设置成提供压力的功能以外的其他不同功能的参数，并且相应地控制电动机构。例如，检测转向运动(通过转向缸104、105)，并且控制用于提升功能(通过提升缸108、109)的最大泵压力。

[0048] 优选地，多个上述参数的组合用于确定将如何控制电动机构。

[0049] 根据第一个实例，当可以使用最大泵压力的控制时，装载臂大约处于其底部位置和顶部位置之间的中间位置，并且铲斗最大限度地向下倾斜。装载臂和铲斗的几何结构意味着，当装载臂进一步升高时铲斗将接触装载臂。这可能导致很大的应力。在这样的条件下，可以限制泵的最大压力，或者，可选地，可以完全地停止泵。随后，驾驶员必须稍微向外倾斜铲斗，以便进一步的升高被执行的装载臂。

[0050] 根据第二实例，当可以使用最大泵压力的控制时，机器正进行最大量的转向运动(通过转向缸104、105)并开始负载的提升。此位置可能是不稳定的，特别在重载情况下。在这样的条件下，可以限制泵的最大压力，或者，可选地，可以完全地停止泵。随后，驾驶员必须减小转向运动，以便进一步的升高被执行的装载臂。

[0051] 根据第三实例，取决于情况需要，在工作期间连续地控制最大泵压力。泵的最大可用压力只是在特定情况下才需要，比如当从前方进入材料内时。在此情况下，装载臂被设置成处于降低的位置，并且铲斗基本上与车辆行驶的地面平齐。因此，在此情况下不限制最大泵压力。然而，对于其他的作业操作，可以将泵压力限制在不同的程度。因此，可以增加系统的使用寿命。

[0052] 图3示出了用于下降功能的控制系统。电动机构202以这样的方式电气连接至控制单元302，即，其受控制单元控制，并且可以提供关于工作条件的信号(比如扭矩)至控制单元302。控制单元302通常被称为CPU(中央处理单元)，并且包括微处理器和存储器。优选地，存储器包括有关液压机构的排量的信息。此外，位置传感器248和压力传感器228也连接至控制单元302。

[0053] 不能认为本发明仅仅限于如上所述的示例性实施例，应当认为，本发明包括在所附权利要求的范围内可以预想到的多种变型与改进。